CC BY
88
ПРОЦЕСС ПЕРЕХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ Акматов Б.Ж.1, Чилдебаев Б.С.2, Кулуев Ж.О.3, Жунусалиев А.С.4 Email: [email protected]
1Акматов Баатыр Жороевич - кандидат технических наук, доцент; 2Чилдебаев Бактыбек Суюнбекович - магистрант, доцент; 3Кулуев Жалил Осмонакунович - магистрант, доцент; 4Жунусалиев Акылбек Сайдазович - магистрант, доцент. кафедра электроэнергетики, факультет энергетики, Ошский технологический университет им. академика М.М. Адышева, г. Ош, Кыргызская Республика
Аннотация: отмечено, что если КПД электрических нагревателей меньше 100%, то работает по традиционному методу (на законе Джоуля-Ленца), а если больше 100%, то по нетрадиционному методу. Особенность теплогенератора "ЭФИ" по сравнению со всеми электрическими нагревателями, что для эффективного получения тепловой энергии из воды (жидкости) необходимо соответствие соответствующих физических параметров ионизируемой воды (жидкости), электродов и мощности (силы тока и напряжения) подаваемой извне электрической энергии.
Ключевые слова: переменный, электрический ток, ионизация, мощность, напряжение, энергия, теплота.
THE PROCESS OF TRANSITION OF ELECTRICAL ENERGY TO THERMAL ENERGY Akmatov B.Zh.1, Childebaev B.S.2, Kuluev Zh.O.3, Zhunusaliev A.S.4
1Akmatov Baatyr Zhoroevich - PhD in technicals, Associate Professor, 2Childebaev Bakyt Cujunbaevich - Undergraduate, Associate Professor, 3Kuluev Zhalil Osmoakunovich - Undergraduate, Associate Professor, 4Zhunusalievich Akyl Saidazovich - Undergraduate, Associate Professor, ENERGY DEPARTMENT, ELECTRIC POWER FACULTY, OSH TECHNOLOGICAL UNIVERSITY NAMED AFTER ACADEMICIANM.M. ADYSHEV, OSH, REPUBLIC OF KYRGYZSTAN
Abstract: it is noted that if the efficiency of electric heaters is less than 100%, it works in the traditional method (on the law of Joule-Lenz), and if more than 100%, then in an unconventional method. The peculiarity of the "EFI" heat generator in comparison with all electric heaters is that for the effective generation of thermal energy from water (liquid) it is necessary that the corresponding physical parameters of the ionized water (liquid), electrodes and power (current and voltage) be supplied from outside electrical energy.
Keywords: alternating; electric current; ionizing; power; tension; energy; warmth.
УДК: 621.313.322
Отмечается важность в какой-то степени прямого и косвенного влияния тепловой энергии на повышение жизненного уровня общества на планете Зенмля. Поэтому непрерывно продолжается использование тепловой энергии в быту. А получение тепловой энергии посредством сжигания веществ (древесины, брикетов, угля, нефтепродуктов, сланцев и т.п.) известно издревле. Однако научно доказано, что получение тепловой энергии в этом направлении сопровождается получением низкого показателя КПД и возникновением экологических проблем.
Если принять во внимание экологические проблемы, то солнечная и электрическая энергии считаются переспективными в качестве источника тепловой энергии. Однако
солнечная энергия не всегда достаточна. Поэтому в качестве приоритетного направления получения тепловой энергии можно назвать электрическую энергию (но, приняв во внимание вредные стороны АЭС, атомная энергия не перспективна). Получение тепловой энергии из электрической энергии производится в традиционных и нетрадиционных направлениях («сверхъединичные устройства»).
I. Традиционное направление
В ТЭН, ВИН, электродных и других подобных устройствах электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию. В этом направлении принцип работы всех типов электрических нагревателей основан на принципе закона Джоуля-Ленца. Показатель КПД 96% - 98% [1, 2, 3].
II. Нетрадиционные направления:
1. Кавитационные нагреватели.
В принципе работы кавитационного нагревателя заложено, что под давлением 5-10МПа насоса-компрессора через 50-100 параллельно расположенных трубы с внутренним диаметром 5-10 мм вода должна протекать со скоростью 90-100 м/сек. После этого вода поступает в нагревательную камеру, где под давлением 5-10 МПа кавитационные пузырьки издают звук и может нагреваться до температуры 1000С- 1500С или выше. Для получения кавитационных пузырьков требуется давление 5-6 кПа, а для этого должен применяться электрический насос мощностью 3 кВт [4].
2. Вихревой теплогенератор
В качестве примеров вихревых теплогенераторов можно назвать тепловой генератор В. Шаубергера [5], вихревой теплогенератор А. Потапова [6] и т.п.
Вихревой теплогенератор работает в воде и необходим для преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, разработан в начале 90-годов. В 1995-году получен российский патент на изобретение «Теплогенератор и устройство нагрева жидкости» № 2045715, а также сертификат на промышленный образец.
В вихревом теплогенераторе первого звена коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую энергию не меньше 1,2 (КПД не менее 120%). Это означает, что этот показатель на 40%-80% больше, чем КПД в отопительной отрасли на этот момент времени. В устройстве вихревого теплогенератора электроэнергия используется в электронасосе для принудительного движения воды, а вода дополнительно производит тепловую энергию. Каждая молекула дает 0,24 - 0,50 эВ энергии.
3. Генератор А. Росси
Шесть профессоров Италии и Швеции отмечают, что в укаазанном генераторе по сравнению с потребленной электрической энергией получают в 3,74 раза больше тепловой энергии [7]. Однако в этом генераторе используется никелевый порошок. А. Росси считает, что в этом теплогенераторе источником энергии является ХЯС [7, 8]. Однако мнения ученых полностью не удовлетворяются отмеченным высказываниям со стороны А. Росси [9].
4. Установка, эффективно производящая тепловую энергию на основе электрофизической ионизации, - теплогенератор «ЭФИ» [10].
Мы убеждаемся, что при получении тепловой энергии нетрадиционным методом в вышеуказанной установке с потреблением электрической энергии показания КПД будут больше 100%.
Тепловая энергия - это беспорядочное (Броуновское) движение молекулы вещества. Рассматривая с этой точки зрения, выше отмечается возможность при использовании электрической энергии получения тепловой энергии различными методами. Однако не во всех случаях молекула нагреваемой воды подвергается изменению, подвергается различному изменению ее скорости. В результате температура нагреваемой воды (жидкости) изменяется на разную величину. Именно поэтому получение тепловой энергии из электрической энергии доказывают результаты, полученные из экспериментальных показателей. Например, 1 м3 электролизное пространство обладает способностью поглотить 400кВт электроэнергии, из этого получается 1000 кВт тепловой энергии [11]. Кроме этого, как доказывают экспериментальные данные, полученные в процессе электрофизической
43
ионизации, достижение за короткое время большого изменения внутренней энергии воды (жидкости) в объеме и в результате этого полученная в этом объеме энергия (кинетическая энергия) движения вещества также произведет тепловую энергию [12].
Таблица 1. Полученные данные по нагреву 6 л воды (жидкости) на основе процесса электрофизической ионизации в установке и величина полученной тепловой энергии в экспериментах
№ п/п Темпер.воды хбкидкости) ХС Физ. параметры. \ 310 С (220С -400С) 310 С (210С-410С) 49,50 С (410С- 580С) 500 С (410С- 590С) 310 С (210С- 410С) 510 С (410С-500С)
1 2 5 6 7 8 9 10
1 U (В) 212,0 215,0 215,0 215,0 215,0 215,0
2 Объем ионизированной воды (жидкости) в паре электродов в 1 с (процентом) (%) 0,072 0,072 0,072 0,0864 0,1008 0,1008
3 Выработанная тепловая энергия в 1 сек. (Дж) 4123,6 3370,484 6210,449 5079,161 3332,04 4223,85
4 Необходимое время (сек.) повышение на 10С температуры нагреваемой воды (жидкости). 6,1(1) 5,7 3,47 4,1(1) 5,75 4,7(7)
5 е /т (Дж/с) 824,73x5= 4123,6 674,1x5= 3370,5 1242,09x5= 6210,449 846,527x6= 5079,161 476,0058x7= 3332,04 603,41x7= 4223,8
6 00 (Дж) 112,5 112,5 179,6256 181,44 112,4928 185,07
7 ^ = е - ео (Дж) 712,2 561,6 1062,4644 665,087 363,513 418,34
8 ДТ (К) 255,08 201,137 380,517 238,198 130,19 149,8
9 Ди= 01эфи (Дж) 407,0 320,92 607,122522 380,0497 207,7217 239,05
10 02 эфи (Дж) 152,6 120,34 227,670946 142,5186 77,89564 89,64
11 эфи 01эфи + 02эфи (Дж) 559,6 441,26 834,793468 522,56836 285,6173 328,7
12=7 0эфи 01эфи +2 02эфи (Дж) 712,2 561,61 1062,4641 665,08700 363,513 418,34
Как доказывает эксперимент, закономерность получения тепловой энергии из электрической энергии в процессе электрофизической ионизации (ЭФИ), взятая из [12]-работы, описана ниже.
Qэфи = Q - Qo (1)
Qэфи 2эфи (2)
Здесь Qэфи - тепловая энергия, полученная методом электрофизической ионизации в жидкости, Q0= mxcxt0 - тепловая энергия жидкости с температурой ^ в объеме между
электродами до подвергания электрофизической ионизации посредством пары электродов, m - масса, С - тепловая емкость жидкости.
На основе указанной закономерности эффективность получения тепловой энергии из воды рассмотрена в [13, 14] - работах.
Кроме этого, в отличие от основанных на законе Джоуля-Ленца электрических нагревателей зависимость показателя КПД основанных на закономерности процесса нагревателей от температуры нагреваемой воды (жидкости), т.е. чем больше температура нагреваемой воды, тем больше будет показатель КПД. Согласно данным 1 -таблицы КПД установки возрос в 1,89 раза по сравнению с начальной температуры (этот показатель не предельный) [12].
В общем, получение тепловой энергии в теплогенераторе "ЭФИ" зависит не только от подаваемой извне мощности (напряжения и и силы тока I) электрической энергии, но и от материала электродов, площади их поверхности, расстояния между ними. Кроме этого, зависит и от плотности воды (жидкости), химического состава, температуры нагреваемой воды, солнечного света и других подобных внешних влияющих процессов.
Принимая во внимание КПД установки по получению тепловой энергии при использовании электрической энергии и то, что этот показатель меняется в зависимости от многих физических параметров, определено на основе экспериментальных данных через 175 лет после закона Джоуля-Ленца.
Согласно указанного выше, в целях рассмотрения рабочих процессов теплового генератора «ЭФИ» на научной основе, для сравнения нагревания воды традиционным способом проведены эксперименты и анализ их результатов.
1) Нагрев воды газом.
Для нагрева воды на газе использован материал цилиндрической формы. Диаметр его основания 24 см, т.е. его площадь 0,0346185 м2. Информация о нагревании воды приведена в таблице 2.
Таблица 2. Сведения нагревания воды с газом (полученное путем эксперимента)
№ п/п Объем нагреваемой воды V (л) Начальная температура нагреваемой воды t„ (°С) Температура нагретой воды t1 (°С) Время нагрева воды т (сек) Объем расхода газа для нагрева воды (м3)
1 10,0 15 78 51 0,173
Соответствующие расчеты показали, что согласно полученным экспериментальным данным при нагревании 10 л воды от 150 С до 780 С количество теплоты, которую приняла вода, равно 2646 кДж. Можно подсчитать, что величина количества теплоты, которую приняла вода, за 1 секунду времени нагрева равна 864,7 Дж. Можно также определить, внутреннюю энергию какой массы из 10 л воды изменит указанное количество теплоты. Для определения данной величины примем к сведению, что 674,1 Дж количества теплоты теплового генератора «ЭФИ» изменяет внутреннюю энергию 7,7 х 10-4 кг массы воды [12].
Следовательно, внутренняя энергия нагреваемой воды массой 9,877 х 10-4 кг (если получить относительно) подвергается изменению за 1 секунду. Так как стала известной масса воды с измененной за 1 секунду внутренней энергией, то можно определить толщину этой воды, так как известна площадь основания использованного для нагрева воды материала (предмета). Кроме этого, известен диаметр 1 молекулы воды - 3,11 х 10-10 м [15]. Поэтому расчеты по экспериментальным данным доказывают, что толщина воды с измененной внутренней энергией равна 0,02853 мм (получена относительно). Соответствующие расчеты показывают, что полученная толщина в 91736,3344 раз больше в сравнении с диаметром 1 молекулы воды (получена относительно).
2. Нагрев воды ТЭНом (TEFAL KI150D30).
При нагреве воды использован электрический нагреватель ТЭН (TEFAL KI150D30), мощность выбрана равной 2000W. Для нагревания воды использован материал объемом
2,65 л (TEFAL KI150D30). Диаметр использованного устройства TEFAL KI150D30 15,5 см, а площадь поверхности 0,01886 м2. Информация о нагревании воды, полученная в ходе эксперимента, представлена в таблице 3.
Таблица 3. Сведение нагревание воды с TEFAL KI150D30 (полученное путем эксперимента)
№ п/п Объем нагреваемо й воды V (л) Температу ра нагреваемо й воды t0 (0С) Температ ура нагретой воды tj (°С) Напря жение (В) Время нагрева воды т (сек) т (се к) А т = Т2 - Tj (сек.)
1 2,65 14 20 230 57 57 57
2 2,65 20 30 210 2мин. 17сек. 137 80
3 2,65 30 40 207-214 3мин.36 сек. 216 79
4 2,65 40 50 218 4мин. 54 сек. 294 78
5 2,65 50 60 216 6мин. 8 сек. 368 74
6 2,65 60 70 216 7мин. 23 сек. 443 75
2,65 70 80 223 8мин.38 сек. 518 75
2,65 14 80 203 3
Соответствующие расчеты по полученным экспериментальным показателям показывают, что при нагревании 2,65 л воды от 140С до 800С количество получаемой водой теплоты равно 734,58 кДж (Здесь видно, что особенность 74 сек. (137-57=80, 216-137=79, 294-216=78, 368-294=74, 443-368=75 и 518-443=75)). А также, как показывают соответствующие расчеты, величина количества теплоты, получаемой водой за 1 секунду времени, равна 361,328 Дж. Можно определить внутреннюю энергию какой массы из 2,65 л воды изменит указанное количество теплоты. Для определения данной величины используем соответствующую выше указанную информацию по тепловому генератору «ЭФИ» [12].
Следовательно, так как известна масса воды с измененной внутренней энергией за 1 секунду времени, то можно определить толщину нагреваемой в устройстве (TEFAL KI150D30) ТЭНа воды в определенном объеме с измененной в начальный момент времени внутренней энергией. Также известна площадь основания, использованного для нагрева воды, материала (предмета). Кроме этого, известен диаметр 1 молекулы воды - 3,11 х 10-10 м. Поэтому расчеты по экспериментальным данным доказывают, что толщина воды с измененной внутренней энергией равна 0,021884 мм (если получить относительно). Соответствующие расчеты показывают, что полученная толщина в 70366,56 раз больше в сравнении с диаметром 1 молекулы воды (получен относительно).
Следовательно, при нагревании воды традиционным методом вначале выполняется процесс изменения определенной величины внутренней энергии определенной массы воды в каком-либо объеме. В результате масса воды в этом объеме получит определенную скорость, т.е. кинетическую энергию. Как итог, повышается с течением времени движение молекул воды со дна на поверхность воды. Этот процесс доказывается также повышением температуры. Вместе с повышением температуры воды уменьшается плотность нагреваемой воды [15]. Такое условие приведет к повышению скорости молекулы воды. В результате, как нам известно ранее, хорошо заметно постепенное ускорение с течением времени движения молекул воды в полном объеме.
Возникновение таких условий не очень хорошо заметно при эффективном производстве тепловой энергии из воды (жидкости) традиционным методом и, наоборот, четко заметно при использовании для получения тепловой энергии из воды методом электрофизической ионизации [12]. Этот процесс доказывается полученными из экспериментов данными, приведенными в таблицах 1 и 2.
Следовательно, хотя известных методов нагрева воды (традиционных и нетрадиционных), используемых в системе отопления и горячего водоснабжения, очень много, но природный закон нагревания воды единичен. Этот закон показывает зависимость от величины изменения внутренней энергии воды в определенном объеме в нагреваемой воде и от скорости движения этой массы. Иначе говоря, на какую большую величину внутренней энергии воды в течение определенного времени можно изменить и насколько большую скорость получит эта масса, настолько быстро будет нагреваться нагреваемая вода. Как доказывает эксперимент, этот процесс повторяется с течением единицы времени (независимо от того, какой метод нагрева воды использован). Поэтому при получении тепловой энергии из воды (жидкости) по сравнению со всеми другими методами в процессе электрофизической ионизации, иначе говоря, в тепловом генераторе «ЭФИ» получение тепловой энергии более эффективно и его использование более удобно.
В результате, получение тепловой энергии в теплогенераторе "ЭФИ" зависит не только от подаваемой извне мощности электрической энергии, но и от материала электродов, площади их поверхности, расстояния между ними. Кроме этого, зависит и от плотности воды, химического состава, температуры нагреваемой воды, солнечного света и других подобных внешних влияющих процессов [10].
Принимая во внимание КПД установки ЭФИ [10] по получению тепловой энергии при использовании электрической энергии и то, что этот показатель меняется в зависимости от многих физических параметров (определено на основе экспериментальных данных), нам известно, что нагрев воды (жидкости), в основном, производится с использованием различных известных традиционных и нетрадиционных методов, природный закон нагрева воды (жидкости) один, этот закон отмечает зависимость величины изменения внутренней энергии воды в определенном объеме нагреваемой воды и скорости движения этой массы. На основе выше изложенного выводим ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. При получении тепловой энергии одновременно принимая во внимание постоянные параметры, параметры непрерывности и экологические проблемы электрическая энергия обладает преимуществом по сравнению со всеми источниками энергии.
2. При получении тепловой энергии, принимая к сведению устройство нагревательной установки, конструктивные материалы, удобство и простоту использования установки, теплогенератор «ЭФИ» приоритетен.
3. Так как в теплогенераторе «ЭФИ» получение тепловой энергии основано не на законе Джоуля-Ленца, а на процессе электрофизической ионизации, поэтому показатель КПД установки изменяется в зависимости от температуры нагреваемой воды.
4. Хотя много известных традиционных и нетрадиционных методов нагрева воды, но закон нагревания воды единичен, он основан на величине изменения внутренней энергии воды в определенном объеме в нагреваемой воде и закономерности скорости движения этой массы.
Список литературы /References
1. Электрокотел электродный «Галан». [Электронный ресурс]. Режим доступа: httр://otoplenie-gid.ru/kotli/293- otoplenie-galan и http://www.galan.by/catalog/el/ (дата обращения: 29.05.2019).
2. Вихревой индукционный нагреватель «ВИН». [Электронный ресурс]. Режим доступа: vinteplo.com/ua/node/30/ (дата обращения: 29.05.2019).
3. Меринов А.Г. Электродный магнитогидродинамический водонагреватель (RU 2187764). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:/ www.findpatent.ru/patent/218/ 2187764.html/ (дата обращения: 29.05.2019).
4. Цивинский С.В. Способ работы кавитационного устройства для отопления индивидуальных зданий. Патент на изобретение РФ № 2162990 от 06.07.2000 г., класс 7 F24D 11/00.
5. Шаубергер В. Энергия воды. М.: Яуза, Эксмо, 2007. 320 с.
47
6. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Потапов С.Ю. Энергия вращения. Кишинев, 2001. 400 с.
7. Лемыш А. Физики подтвердили: генератор Росси работает! [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.chitalnya.ru/ (дата обращения: 29.05.2019).
8. Alvarez L.W. et al. // Phys. Rev. 105, 1127 (1957).
9. Эткин В.А. Генератор Росси: ХЯС или эфир? [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.etkin.iri-as.org/ (дата обращения: 29.05.2019).
10. Патент 1854, Кыргыз Республикасы, 29.01.2016.Акматов Б.Ж., Ташполотов Ы. Электрофизикалык иондоштуруунун негизинде суюктуктан жылуулук энергиясын натыйжалуу иштеп чыгуучу тYЗYЛYш [Текст]/ Б.Ж. Акматов, Ы. Ташполотов; Кыргызпатент. №20150051.1; арыз 27.04.2015; жаряланган 2016, Бюл. № 2 (F бeлYГY, 24H 1/20).
11. Буйное Г.Н. Теплоэлектролизный инверсер- альтернатива ядерному реактору [Текст]/ Г.Н. Буйнов // Научный журнал «ЖРФМ», 1995. № 1. С. 150-162. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://rusphysics.ru/articles/99/ (дата обращения: 29.05.2019).
12. Акматов Б.Ж. Электрофизикалык иондоштуруу (ЭФИ) ыкмасында суюктуктан жылуулук энергиясын eндYPYYнYн эффективдYYЛYГY [Текст]/ Б.Ж. Акматов// Ош, 2015. Журнал «Весник» ОшГУ. № 1. С. 152-157.
13.Акматов Б.Ж. Условия эффективного производства тепловой энергии в устройстве электрофизической ионизации [Текст] / Б.Ж. Акматов // Журнал «Проблемы современной науки и образования». Иваново, 2017. № 7. С. 27-30.
14. Акматов Б.Ж. Суюктуктарды электрофизикалык иондоштуруунун (ЭФИ) негизинде жылуулук энергия сын eндYPYYнYн закону [Текст]/ Б.Ж. Акматов ^белук № 2666, Кыргызпатент. 31.07. 2015.
15.Гофман Ю.В. Законы, формулы, задачи физики [Текст]: / Ю.В. Гофман. г. Киев: Наукова думка, 1977. 572 с.
